Le cellule negli organismi pluricellulari devono assumere ruoli specializzati e devono sapere quando svolgere attività specifiche. Le cellule coordinano le loro azioni attraverso diversi tipi di comunicazione cellulare, chiamata anche also segnalazione cellulare. I segnali cellulari tipici sono di natura chimica e possono essere mirati localmente o per l'organismo in generale.
La comunicazione cellulare è un processo a più fasi che include quanto segue:
- Invio del segnale chimico.
- Ricezione del segnale al recettore della membrana esterna della cellula bersaglio.
- Trasmettere il segnale all'interno della cellula bersaglio.
- Modifica del comportamento della cella di destinazione.
I diversi tipi di comunicazione cellulare seguono tutti gli stessi passaggi ma si distinguono per la velocità del processo di segnalazione e la distanza a cui agisce. Le cellule nervose segnalano rapidamente ma localmente mentre le ghiandole che rilasciano ormoni lavorano più lentamente ma in tutto l'organismo.
I diversi tipi di segnalazione cellulare si sono evoluti per tenere conto dei requisiti di velocità e distanza per varie funzioni cellulari.
Le cellule comunicano con quattro tipi di segnali
Le cellule utilizzano diversi tipi di segnalazione a seconda di quali altre cellule vogliono raggiungere. I quattro tipi di comunicazione cellulare sono:
-
Paracrino: La cellula di segnalazione secerne una sostanza chimica che si diffonde localmente alle cellule bersaglio.
- Autocrino: Simile alla segnalazione paracrina, ma la cellula bersaglio è la cellula di segnalazione. La cellula sta inviando segnali da un'area della membrana cellulare a un'altra.
- Endocrino: La segnalazione endocrina produce un ormone che viaggia attraverso l'organismo attraverso il sistema circolatorio.
- sinaptico: Le cellule trasmittente e ricevente hanno costruito una struttura sinaptica portando le loro membrane cellulari in stretto contatto per un facile scambio di segnali.
Le cellule rilasciano segnali chimici per far sapere ad altre cellule quali azioni stanno intraprendendo e ricevono segnali che le informano delle attività di altre cellule dell'organismo. Azioni come divisione cellulare, la crescita cellulare, la morte cellulare e la produzione di proteine è coordinata attraverso i diversi tipi di segnalazione cellulare.
I segnali paracrini mantengono l'ordine nel vicinato cellulare
Durante la segnalazione paracrina, una cellula secerne una sostanza chimica che alla fine provoca cambiamenti specifici nel comportamento delle cellule vicine. La cellula originaria produce il segnale chimico che si diffonde in tutto il tessuto vicino. La sostanza chimica non è stabile e si deteriora se deve percorrere lunghe distanze.
Di conseguenza, la segnalazione paracrina viene utilizzata per comunicazione cellulare locale.
La sostanza chimica prodotta dalla cellula è mirata ad altre cellule specifiche. Le cellule bersaglio hanno recettori sulle loro membrane cellulari per la sostanza chimica secreta. Le cellule non mirate non hanno i recettori richiesti e non sono interessate. La sostanza chimica secreta si attacca ai recettori delle cellule bersaglio e innesca una reazione all'interno della cellula. La reazione a sua volta influenza il comportamento cellulare mirato.
Per esempio, cellule della pelle crescono a strati con lo strato superiore costituito da cellule morte. Le cellule di un tessuto diverso si trovano sotto lo strato inferiore delle cellule della pelle. La segnalazione cellulare locale assicura che le cellule della pelle sappiano in quale strato si trovano e se devono dividersi per sostituire le cellule morte.
La segnalazione paracrina viene utilizzata anche per comunicare all'interno tessuto muscolare. Un segnale chimico paracrino dalle cellule nervose nel muscolo provoca la contrazione delle cellule muscolari, consentendo il movimento muscolare nell'organismo più grande.
La segnalazione autocrina può promuovere la crescita
La segnalazione autocrina è simile alla segnalazione paracrina ma agisce sulla cellula che inizialmente secerne il segnale. La cellula originale produce un segnale chimico, ma i recettori per il segnale si trovano sulla stessa cellula. Di conseguenza, la cellula si stimola a cambiare il suo comportamento.
Ad esempio, una cellula potrebbe secernere una sostanza chimica che promuove la crescita cellulare. Il segnale si diffonde in tutto il tessuto locale ma viene catturato dai recettori sulla cellula di origine. La cellula che ha secreto il segnale viene quindi stimolata a impegnarsi in una maggiore crescita.
Questa caratteristica è utile negli embrioni in cui la crescita è importante e promuove anche un'efficace differenziazione cellulare, quando la segnalazione autocrina rafforza l'identità di una cellula. L'autostimolazione autocrina è rara nei tessuti sani degli adulti, ma può essere riscontrata in alcuni tumori.
La segnalazione endocrina colpisce l'intero organismo
Nella segnalazione endocrina, la cellula originaria secerne un ormone che è stabile su lunghe distanze. L'ormone si diffonde attraverso il tessuto cellulare nei capillari e viaggia attraverso il sistema circolatorio dell'organismo.
Gli ormoni endocrini si diffondono in tutto il corpo e colpiscono le cellule in luoghi lontani dalla cellula di segnalazione. Le cellule bersaglio hanno recettori per l'ormone e cambiano il loro comportamento quando i recettori vengono attivati.
Ad esempio, le cellule della ghiandola surrenale producono l'ormone adrenalina, che fa entrare il corpo nella modalità "combatti o fuggi". L'ormone si diffonde in tutto il corpo nel sangue e provoca reazioni nelle cellule bersaglio. Vasi sanguigni costrizione per aumentare la pressione sanguigna per i muscoli, il cuore pompa più velocemente e si attivano alcune ghiandole sudoripare. L'intero organismo è posto in uno stato di prontezza per uno sforzo extra.
L'ormone è lo stesso ovunque, ma quando attiva i recettori sulle cellule, le cellule cambiano i loro comportamenti in modi diversi.
La segnalazione sinaptica collega due cellule
Quando due cellule devono continuamente scambiare segnali estesi, ha senso costruire strutture di comunicazione speciali per facilitare lo scambio di segnali chimici. Il sinapsi è un'estensione cellulare che avvicina le membrane cellulari esterne di due cellule. La segnalazione attraverso una sinapsi collega sempre solo due cellule, ma una cellula può avere associazioni così strette con più cellule contemporaneamente.
Segnali chimici rilasciati nel gap sinaptico vengono immediatamente captati dai recettori delle cellule partner. Per alcune celle, lo spazio è così piccolo che le celle si toccano effettivamente. In tal caso, i segnali chimici sulla membrana cellulare esterna di una cellula possono impegnare direttamente i recettori sulla membrana dell'altra cellula e la comunicazione è particolarmente veloce.
La tipica comunicazione sinaptica avviene tra neuroni nel cervello. Le cellule cerebrali costruiscono sinapsi per stabilire canali di comunicazione preferiti con alcune cellule vicine. Le cellule possono quindi comunicare particolarmente bene con i loro partner di comunicazione sinaptica, scambiando segnali chimici rapidamente e frequentemente.
Il processo di ricezione del segnale è simile per tutti i tipi di comunicazione cellulare
L'invio di un segnale di comunicazione cellulare è relativamente semplice poiché la cellula secerne la sostanza chimica e il segnale viene distribuito in base al suo tipo. Ricevere un segnale è più complicato perché la sostanza chimica del segnale rimane al di fuori della cellula bersaglio. Prima che il segnale possa modificare il comportamento della cellula, deve entrare nella cellula e attivare il cambiamento.
Innanzitutto, la cellula bersaglio deve avere recettori corrispondenti al segnale chimico. I recettori sono sostanze chimiche sulla superficie della cellula che possono legarsi a determinati segnali chimici. Quando un recettore si lega a un segnale chimico, rilascia un trigger all'interno della membrana cellulare.
Il trigger avvia quindi un processo di trasduzione del segnale in cui la sostanza chimica innescata prende di mira una parte della cellula in cui il comportamento della cellula dovrebbe cambiare.
L'espressione genica è un meccanismo per i cambiamenti nel comportamento cellulare
Le cellule crescono e si dividono a seguito della segnalazione di altre cellule. Tale segnale di crescita si lega ai recettori delle cellule bersaglio e innesca una trasduzione del segnale all'interno della cellula. La sostanza chimica di trasduzione entra nel nucleo cellulare e fa sì che la cellula inizi la crescita e la successiva divisione cellulare.
La sostanza chimica di trasduzione realizza questo influenzando espressione genica. Attiva i geni responsabili della produzione di proteine cellulari aggiuntive che fanno crescere e dividere la cellula. La cellula esprime un nuovo insieme di geni e cambia il suo comportamento in base al segnale ricevuto.
Le cellule possono anche cambiare il loro comportamento in base ai segnali cellulari modificando la quantità di energia che producono, modificando la quantità di sostanze chimiche che secernono o impegnandosi nella cellula apoptosi o morte cellulare controllata. Il ciclo di comunicazione cellulare rimane lo stesso, con le cellule che originano i segnali, le cellule bersaglio che li ricevono e le cellule bersaglio che cambiano quindi il loro comportamento in base al segnale ricevuto.